Флокулянты

ФЛОКУЛЯНТЫ, в-ва, вызывающие в жидких дисперсных системах флокуляцию - образование рыхлых хлопьевидных агрегатов (флокул) из мелких частиц дисперсной фазы (см. Коагуляция).

Наиб. практич. значение имеет флокуляция в водной среде, вызванная высокомол. флокулянтами- полиэлектролитами или неионо-генными полимерами. При этом наиб. вероятна т. наз. адсорбционная флокуляция - соединение частиц в результате адсорбции отдельных сегментов макромол. цепи флокулянтов на разных частицах. Возможны также и др. механизмы: взаимод. между молекулами флокулянтов, каждая из к-рых адсорбционно связана с одной частицей, неадсорбционная флокуляция, напр. вытес-нительная, протекающая по механизму гидрофобных взаимодействий.

Адсорбционная флокуляция происходит, как правило, при оптим. соотношении концентраций флокулянтов и частиц дисперсной фазы. На кинетику и полноту флокуляции, а также структуру и св-ва флокул влияют, с одной стороны, мол. масса, степень ионизации, конформация макромолекул флокулянтов, с другой - знак и плотность поверхностных зарядов, размер и форма коллоидных частиц, хим. состав их пов-сти. Наиб. эффективна флокуляция при степени адсорбционного заполнения пов-сти частиц полимером ок. 0,5. Избыток флокулянтов может не только ухудшить флокуляцию, но вызвать обратный процесс - де-флокуляцию, или пептизацию.

В коллоидных системах с неоднородной по составу дисперсной фазой различают общую (неизбирательную) и селективную (избирательную) флокуляцию. В первом случае фло-кулы образуются совокупностью частиц разной природы, во втором - преим. частицами одного из компонентов дисперсной фазы. Селективность объясняется специфичностью взаимод. Флокулянты с частицами определенного типа. Усилить различие в св-вах пов-сти частиц разного рода и, тем самым, увеличить селективность действия флокулянтов можно путем введения в систему реагентов-модификаторов, напр. низкомол. электролитов или ПАВ. Флокуляция м. б. селективной также в том случае, если максимум флокулирующего действия в отношении частиц разл. типа соответствует разл. равновесным концентрациям флокулянтов в дисперсионной среде.

Различают неорг. и орг. флокулянты. Из неорг. флокулянтов в пром-сти применяют лишь поликремниевую к-ту. Орг. флокулянты- разл. син-тетич. или прир. гомо- и сополимеры гл. обр. линейного строения с мол. м. . По способности к элект-ролитич. диссоциации их делят на неионогенные и ионоген-ные (полиэлектролиты).

Среди синтетич. флокулянтов широко распространены полимеры и сополимеры акриламида, напр. техн. полиакриламид (ПАА), содержащий 3-8 мол. % карбоксилатных звеньев, образующихся в результате гидролиза амидных групп в процессе синтеза полимера. В пром-сти он обычно используется как неионогенный флокулянт. Хим. модифицирование ПАА позволяет получать на его основе флокулянты разл. типов и назначения. Практич. значение имеет также высокомол. полиэтиленоксид - неионогенный флокулянт, часто применяемый в сочетании со стабилизаторами - антиоксидантами; в нек-рых случаях используют поливиниловый спирт.

Из анионных флокулянтов в пром-сти применяют: частично гидроли-зованный ПАА, содержащий в макромолекуле 20-40% карбоксилатных звеньев; продукты неполного щелочного (напр., реагенты гипан, К-4, К-6, К-9) или кислотного (напр., "Ока") гидролиза полиакрилонитрила с разл. соотношением нит-рильных, амидных и карбоксильных (или карбоксилатных) групп; гомо- и сополимеры акриловой (AK) и метакриловой (МАК) K-T [напр., "Комета" - полиметакриловая к-та, на 50-60% нейтрализованная щелочью, метас (метасол) - сополимер метакриламида и МАК (или Na-соли МАК) при эквимолярном соотношении сомономеров, метакрил M-14 BB (лакрис 20) - сополимер метилметакрилата и МАК (или ее смешанной соли) при молярном соотношении 1:4]. К анионным флокулянтам с карбоксильными (карбоксилатными) группами относятся также сополимеры малеиновой и фумаровой K-T. Практич. интерес представляют флокулянты с сильнокислотными группами (напр., сульфогруппами) на основе полистирола (напр., BK-1), ПАА и др. полимеров.

Катионные флокулянты особенно эффективны при обработке дисперсных систем с отрицательно заряженными частицами. Слабоосновные катионные флокулянты- поливиниламин, полиэтилен-имин, поливинилпиридины и др., содержащие в молекуле первичные, вторичные и третичные атомы азота, сильноосновные - полиэлектролиты с четвертичными аммониевыми или пиридиниевыми группами (получают исчерпывающим алкилирование атомов N слабоосновных флокулянтов или полимеризацией соответствующих мономерных соединений). В качестве катионных флокулянтов могут быть использованы полимеры аминоал-киловых эфиров AK и МАК, винилпиридинов, диаллиламина, диаллилдиметиламмонийхлорида (напр., полиэлектролит ВПК-402), продукты алкилирования полидиметиламиноэтил-метакрилата и полидиэтиламиноэтилметакрилата (ВА-102, ВА-112), продукты последоват. хлорметилирования и амини-рования полистирола или поливинилтолуола (ВА-2, ВПК-01), модифицированный формальдегидом и вторичным амином (по р-ции Манниха) ПАА, содержащий в макромолекуле до 30 мол. % катионных звеньев (напр., КФ-4 и КФ-6, в к-рых помимо аминогрупп имеются амидные, карбоксильные и метоксильные группы).

Полиамфолитные флокулянты- обычно продукты сополимеризации кислотного (AK, МАК, малеиновый ангидрид и др.) и основного (2-винилпиридин, диаллилдиметиламмонийхлорид и др.) мономеров. В ряде технол. процессов, напр. при флокуляции биол. суспензий, полиамфолитные флокулянты имеют преимущества перед флокулянтами анионного и катионного типов.

Природные флокулянты выделяют непосредственно из растений (напр., крахмал, полиальгинаты) или получают в результате хим. переработки растит. (эфиры целлюлозы, модифицир. крахмалы, лигносульфоновые и гуминовые к-ты) или животного (напр., хитозан из отходов переработки крабов, креветок, криля) сырья. К этой группе относятся также биофло-кулянты, изготовляемые методами биотехнологии в виде биомассы клеток микроорганизмов или продуктов их метаболизма; хим. основа таких флокулянтов- гликопротеины, гетерополи-сахариды и др.

Используют флокулянты для очистки воды бытового и пром. назначения, обезвреживания сточных вод и жидких производств, отходов, при добыче и флотационном обогащении полезных ископаемых, концентрировании латексов (путем сливкоотде-ления), выделении микроорганизмов из культуральной жидкости, микробиол. произ-ве кормовых белков, инсектицидов, лек. препаратов, пищ. добавок и др. В зависимости от кол-ва и дисперсности флокулируемой фазы, целей и условий флокуляции, типа применяемого реагента рабочие концентрации флокулянтов изменяются в широких пределах. Напр., при подготовке воды для пром. и бытовых нужд флокулянты используют в концентрациях 0,1-50 мг/дм³, а при очистке бурового раствора от шлама -0,1-1,5 г/дм³. Во мн. случаях для повышения эффективности действия флокулянтов их применяют в сочетании с неорг. коагулянтами.

Лит.: Нетреба BIL, Флокуляция минеральных суспензий, M., 1983; В е й ц е r Ю.И., Минц Д.М., Высокомолекулярные флокулянгы в процессах очистки природных и сточных вод, 2 изд., M., 1984; Запольскнй А.К., Баран А.А., Коагулянты и флокулянты в процессах очистки воды, Л., 1987; Баран А.А., Тесленко A.Я., Флокулянты в биотехнологии, Л., 1990.

Л.А. Шиц.